近年来，由于气候不稳定和环境退化加剧，食品的化学污染发生率持续增加。尽管分析技术和良好生产规范有所进步，但避免霉菌毒素、重金属和农药等污染物仍是一大挑战。这一现状凸显了对有效且环境友好型缓解方法的迫切需求，特别是考虑到大多数策略针对单一污染物，而实际暴露涉及复杂且同时存在的混合污染物。此外，现有干预措施在不同食品系统中的效率和实际可行性仍存在争议。本综述强调了需要环境友好、易于获取且可应用的策略，以降低与暴露和共同暴露于多种污染物相关的风险。尽管生物修复和使用生物活性化合物等新兴替代方法显示出有前景的潜力，但预防仍是最可靠的方法。加强其在食品供应链中常规应用的科学基础，对于在全球挑战性背景下改善食品安全至关重要。
## 1. 引言
饮食多样性要求食品在可食用前经过漫长的供应链。在这些供应链中，原始材料至少经历三个或更多阶段，在此期间会受到多种因素的影响，交叉污染几乎不可避免。外来的化学、物理和生物材料可能来自自然或偶发变量。全球官方系统报告了2008年至2018年间发生的2922起食源性疾病暴发事件，主要由微生物和过敏原引起，化学污染物导致的事件少于66例。这种污染概况表明，化学污染物群体似乎并非关注重点。然而，尽管其发生频率较低，但食品链中的霉菌毒素、重金属、农药和丙烯酰胺等污染物是环境输入、农业实践和生物累积过程的结果。许多这类化合物对工业和家庭加工具有高度抗性，其持久性进一步加剧。例如，重金属在热加工过程中保持稳定，多种农药能耐受清洗、去皮和加热，而黄曲霉毒素和赭曲霉毒素A等已知在典型食品加工条件下具有热稳定性。因此，暴露可能导致不可逆转的健康影响。
气候变化通过加剧有利于重金属、农药和霉菌毒素同时污染的环境条件，增加了食品系统的脆弱性。虽然许多环境友好型策略在降低污染物水平方面显示出前景，但大多数研究未考虑生物可及性或生物有效性来评估其实际效果。分析水平的降低并不一定对应真正的解毒，因为污染物可能与基质结合并在消化过程中释放。最近的综述侧重于检测方法，而对实际修复工具的讨论有限。因此，本综述旨在讨论食品系统中化学污染物的环境友好且可行的缓解策略，强调共同暴露是食品安全面临的挑战。特别关注生物缓解策略，包括酶促过程、生物活性化合物和天然吸附剂，并针对不同污染物类别进行评估。同时，强调生物可及性，强化了分析水平的降低并不一定意味着生理暴露减少的观点。通过整合共同暴露、生物可及性和环境友好型缓解方法，本综述旨在加强适用于整个食品供应链的可持续风险降低策略的科学基础。
## 2. 食品链中的偶发性和天然污染物
### 2.1. 食品中的金属污染
#### 2.1.1. 必需、非必需和有毒化学元素
构成生物体分子的主要化学元素包括碳、氮、氢和氧。此外，其他元素（如钠、钾、镁、磷、铜、铁、锌）可以微量存在，以帮助代谢反应或构成维持细胞平衡的分子。环境中的其他化学元素可能通过人类活动的自然或偶然污染进入细胞。高原子质量的被称为重金属，尽管自然存在于地球上，但它们不应出现在食品基质中，因为它们没有代谢功能，对人类、动物和微生物都有害。
重金属通过受生物地球化学循环、工业和农业实践、环境退化以及气候相关事件影响的多种途径进入食品系统。它们具有不同的化学形态，通过不同的环境区室迁移，并可在食物链中生物累积和/或生物放大。这些事实强化了环境质量是食品基质中金属水平的重要因素，并解释了通过饮食暴露的存在及其有毒后果。这也凸显了对更敏感分析方法的需求，以检测这些污染物。
#### 2.1.2. 毒物动力学和毒性机制
化学元素以盐、金属络合物、氧化物和有机形态存在，具有不同的吸收、分布和排泄潜力，从而导致不同程度的损伤。重金属的毒性作用源于其与多种代谢途径中的化学基团结合，并与酶辅因子、载体和化学标志物竞争的能力。其优先靶器官是肺、肝、肾、神经系统和血细胞。
摄入砷、镉、铅和汞造成的损害自古以来就为人所知，至今仍是国际社会对人类和动物健康的关注重点，这促使监管机构避免其在食品和饮料中的存在。其他如铬、镍、硒、铜、锌、铝和铁的潜在毒性与暴露水平相关，在达到最大耐受限量之前可在食品中接受。重金属的慢性暴露也是一个健康担忧，因为它难以检测。
人类和动物接触重金属污染物的来源是海洋和植物食品。蔬菜中的重金属分布与土壤成分、灌溉水质量、作物管理、废物沉积以及生产区的产业类型有关。植物对重金属的吸收取决于细胞壁对化学形态的渗透性以及重金属沿植物结构的易位。它们可以储存在叶子、果实或种子中，与基质大分子结合或不结合。
#### 2.1.3. 生物和饮食缓解
减轻重金属危害最有效的策略是预防环境损害，避免未经处理的废物排放，或采用土壤和水的修复方案。物理处理方法如土壤置换、分离和玻璃化处理已被成功应用于缓解金属污染。化学处理通过淋洗重金属、固定或电化学沉积已被单独使用或与物理或生物处理结合使用。值得注意的是，这些工具主要在实验条件下使用，其大规模应用的可行性有待更好评估。
尽管已有各种技术用于预防土壤重金属污染或净化，并显示出良好效果，但在食品加工链中，可能通过清洗水、机械或受污染空气的沉降发生再污染。这一事实强化了食品安全和环境质量紧密相连的观点。近年来，由于全球范围内不良做法、事故或地缘政治冲突导致的环境破坏增加，避免重金属暴露变得困难。
螯合疗法已被用于治疗或预防金属暴露造成的损害，但可能引起危险的副作用，特别是降低营养素的可用性。一种减轻重金属损害的替代方案是通过植物或草药提取物或益生菌中存在的植物化学物质的作用来改善目标细胞的天然防御机制。这些植物化学物质，如黄酮类化合物、酚类化合物、异黄酮、叶黄素、番茄红素、类胡萝卜素和生育酚，其作用与其抗氧化活性、金属螯合剂的形成或还原剂的产生有关，这些可以减少或避免损伤。
另一种环境友好的降低重金属危害的策略是使用多糖，其具有能够结合重金属的化学基团，使其无法在细胞中被吸收。均聚物如纤维素具有可以结合金属的化学基团，作为可持续吸附剂，因为它们作为农业废物大量存在。一些物理和化学处理，如添加化学基团（乙酰半胱氨酸、乙酰基、蛋氨酸）或将其制备成纳米纤维素颗粒，可以提高其吸附能力，增加吸附效率。
甲壳素具有NH
2和OH基团，也可以被修饰以提高其吸附能力，增加重金属络合物的形成。多糖和乳酸杆菌酸已被证明对减轻金属损伤，特别是砷和汞中毒，具有良好效果。其他碳水化合物聚合物（葡聚糖、海藻酸盐、透明质酸）也显示出能够减轻重金属暴露影响的能力。多糖可以减少肠道中金属的吸收，防止细胞氧化应激，并促进免疫系统的调节以及其他预防性益处。
### 2.2. 食品中的农药污染
农药是人为合成并应用于防止农作物和收获物遭受病虫害的化学化合物。根据防治对象可分为除草剂（用于消除杂草）、杀鼠剂（针对啮齿动物）、杀虫剂（针对昆虫）、杀菌剂（针对真菌）和杀线虫剂（针对线虫）。农药的商品制剂可以是固体、液体或气体，含有一种或多种活性成分，用于预防多种病虫害风险。
化学上，农药分为四大类：有机氯（OCs）、有机磷（OPs）、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯，其中最后一类毒性潜力较低，被称为生物农药，因为它们也可能天然存在于植物中。有机磷和氨基甲酸酯抑制乙酰胆碱酯酶，导致胆碱能过度兴奋、呼吸麻痹和急性神经毒性。有机氯干扰离子通道，引起神经元过度兴奋、内分泌干扰并在脂肪组织中生物累积。拟除虫菊酯改变电压门控钠通道，高剂量时可能导致感觉异常和神经毒性作用。
滥用和/或过度使用可能导致农药残留持久存在于空气、土壤、水和食品中，对生态系统造成多种损害。它们也可能在生态链中发生生物放大，并且有证据表明，如果超过最大耐受限量，会对工人和食品消费者产生毒性作用。
这些化学化合物的危险影响促使许多国家和国际贸易禁止多种农药。在某些地区的滥用阻碍了有效暴露控制，其对公共卫生和环境的影响已有大量文献记录。预期的气候变化情景是另一个让公共卫生当局、研究人员和社区担忧的农药问题，这可能需要新的策略来管理全球生产地区的收获、作物和储存。
有机农业基于依赖自然资源以减少病虫害损害的管理实践，是一个有前景的替代方案，尽管其大规模实施可能需要时间和技术投资。一些食品加工和制备步骤显示出减少农药残留的潜力，但其效率仅限于某些商品、化学类别，且结果有时存在争议。
生物程序被认为是更绿色的替代方案。它们基于刺激微生物和昆虫之间的竞争以保护植物（生物控制）、农药的微生物降解（生物修复程序）、改善植物的遗传防御以及使用从植物和微生物中提取或分离的天然活性化合物作为天然农药。
#### 2.2.1. 生物降解农药
生物修复的潜力被用来减少农药对公共卫生和环境的影响。例如，微生物枯草芽孢杆菌、藤黄微球菌和假单胞菌属降解农药毒死蜱的机制涉及酶水解农药结构中的酯键，降低其毒性。然而，在发酵系统中可能发生其他反应，例如硫基团被氧取代，释放出毒性更强的化合物。
另一项研究探讨了由米根霉产生的漆酶与天然介质（酚类化合物：香豆酸、没食子酸、阿魏酸和香草醛）的结合，以优化其降解五种农药（杀菌剂和除草剂）的活性。酚类基团作为活性成分氧化还原反应的介质，最有效的介质是香草醛，在2.2小时内将污染物的检测水平降低了77%。作者强调，使用微生物降解农药不是特异性的，而酶降解可能更好、更有效地降低农药对食品安全的影响。
尽管有前景，但生物策略需要更好地理解降解途径、标准化酶工具并仔细评估有毒中间体。此外，农药的生物可及性仍然知之甚少，这强化了需要更全面的措施来确定对食品安全的真实影响。
### 2.3. 食品中的霉菌毒素污染
霉菌毒素是产毒真菌通过次级代谢途径产生的化学化合物。如果环境不利，产毒真菌的潜力可以通过初级代谢的大分子产生霉菌毒素。霉菌毒素被认为是天然污染物，因为它们源于食品基质先前被真菌物种感染，这可能在田间、储存或加工阶段发生。
产毒物种属于曲霉属（黄曲霉毒素的产生者，具有致癌性）；青霉属（赭曲霉毒素和展青霉素的产生者，分别具有肾毒性和肝毒性）；镰刀菌属（单端孢霉烯族化合物、伏马毒素、玉米赤霉烯酮的产生者，分别具有免疫毒性、神经毒性和雌激素活性）和链格孢属（链格孢毒素的产生者，具有细胞毒性）。值得注意的是，尽管真菌可以在食品供应链中被灭活，但霉菌毒素是在相对较高的参数下仍保持稳定的分子，也存在于即食食品中。
主要霉菌毒素和霉菌毒素组的毒性涉及多种机制。黄曲霉毒素通过形成黄曲霉毒素-8,9-环氧化物与DNA结合，诱导突变并导致肝细胞癌和严重的免疫抑制。赭曲霉毒素A（OTA）抑制蛋白质合成，诱导氧化应激，破坏线粒体呼吸，导致肾毒性和致癌潜力。单端孢霉烯族化合物，包括脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）和T-2毒素，与核糖体60S亚基上的肽基转移酶结合，引起胃肠道病变、免疫毒性和造血抑制。伏马毒素抑制神经酰胺合酶，改变鞘脂代谢，导致神经毒性、肝毒性和癌症风险增加。玉米赤霉烯酮对雌激素受体α和β具有高亲和力，引起内分泌干扰，导致生殖和发育后果。链格孢毒素，包括链格孢酚和细交链格孢酮酸，通过产生活性氧（ROS）、拓扑异构酶抑制和线粒体损伤表现出遗传毒性和细胞毒性。
一些加工阶段，如清洗、去除外层或热处理，可能降低检测到的霉菌毒素水平。然而，其效果可能因基质、霉菌毒素类型和采用的参数而异。单独或联合使用的化学处理已被用于通过氧化或还原其原始结构来降解霉菌毒素，这可能是有益的也可能不是。应用这些程序的限制是营养价值的降低、产生不良感官特性以及留下处理化学残留物。通过发酵或酶技术进行的食品生物处理显示出有前景的结果，此外还具有环境友好的优点。在酶处理的情况下，由于其对目标具有特异性，释放的次级化合物较少，这与发酵相比是一个优势。
植物化学化合物在预防真菌物种的生长和产毒潜力方面的潜在适用性已被多项研究证实。例如，从微藻中提取的酚类提取物对产黄曲霉毒素、赭曲霉毒素和镰刀菌毒素的真菌物种具有抑制作用。另一项研究确定了微藻酚类提取物与合成杀菌剂混合对小麦和玉米田中镰刀菌生长和毒素产量的抑制作用，结果表明，天然和合成杀菌剂的协同作用可以有效减少伏马毒素B1和B2以及DON的产量。
### 2.4. 友好型缓解化学污染物的潜力
天然或偶发的化学化合物对消费者的新陈代谢是异生物质。它们可以从食品基质中释放到胃肠道系统，并根据其溶解性或载体的可用性，可能被吸收、排泄、被非特异性代谢后排泄，或在代谢中分布。一般来说，代谢异生物质化合物意味着能量成本、改变酶活性、代谢载体困难以及在组织中储存危险化合物，这会影响消费者的健康。
对食品中化学污染物暴露的损伤强度和症状由饮食类型、化学性质和异生物质的协同作用、个体健康状况、防御机制效率和暴露剂量决定。人们对人类饮食中天然或偶发化学污染物水平的增加存在全球性担忧。食品链中的重金属、农药和霉菌毒素与气候、人类活动和饮食习惯密切相关。这些多种因素表明，化学污染物的暴露可能超过了消费者的解毒能力。这需要快速且环境友好的工具来减轻这些危险影响，而不影响环境。
尽管许多污染物通常是单独受到监管和研究的，但越来越多的证据表明，膳食促进对多种危险化合物混合物的暴露。它们的组合效应通常比单个化合物更有害。研究评估重金属和霉菌毒素（如砷与伏马毒素B1或镉与黄曲霉毒素B1）的共同暴露，显示出显著的肝毒性和遗传毒性协同作用，超过单独化合物的观察效果。研究证实，混合物会加剧氧化应激，压垮解毒途径，并通过破坏肠道屏障增加污染物的生物有效性，导致单个化合物评估未能预测的累积风险。因此，建议进行考虑食品系统中混合毒性的同步风险评估框架研究。值得注意的是，必须采用有效的综合缓解策略来保护消费者。
尽管某些食品加工阶段已被证明是降低重金属、农药和霉菌毒素可检测水平的有效工具，但它们的益处仅限于某些类型的食物。谷物或水果外层的分离，以及通过热加工、挤压、紫外线辐射和冷等离子体降解污染物，已显示出在降低食品基质中化学污染水平方面的显著潜力。然而，为了确保超越分析性减少的真正安全食品，必须评估加工后这些污染物的生物可及性，因为降低的检测浓度可能并不反映生理暴露的减少。
化学处理如氧化、羟基化和水解已被用于降低不同商品中重金属、农药和霉菌毒素的水平和毒性。然而，在所有情况下，它们的缺点是影响其他营养分子，并释放对环境或消费者有毒的残留物。基于辐照或热过程的物理处理被认为比化学处理对环境更友好。它们的缺点是作用仅限于表层，或者灭活化学化合物所需的操作参数过于剧烈，导致食品的感官和营养特性不适宜。这些物理处理，单独或联合使用，已对表面真菌有效，间接防止霉菌毒素的产生，也可以降解表面的农药。
对环境保护的认识以及对化学和物理处理对化学污染物限制的了解，激发了对更友好工具的寻找。生物处理是有前景的，可以是发酵、酶降解、生物控制、使用天然杀虫剂和功能性食品组合以改善基质的天然防御机制。为预防或减轻化学污染物的影响，采用了环境或食品基质中的生物修复技术。它们包括发酵或酶过程，这些过程已显示出重金属、农药和霉菌毒素可检测水平的降低。在两种过程中，化学污染物的降解是细胞内（P450细胞色素、环氧化物酶和转移酶）或细胞外酶（漆酶、过氧化物酶/Mg和羧肽酶）作用的结果，这些酶是微生物天然防御机制的组成部分。使用天然聚合物（木质纤维素或微生物细胞壁）作为吸附剂，也归类为生物修复技术，主要用于恢复环境以避免食品链中的交叉污染。
一种有前景的环境友好型缓解化学污染物暴露的策略是使用来自天然来源的功能性化合物。这些化合物在食品供应链的不同阶段都有用：在田间作为天然杀虫剂；在加工中作为食品添加剂，以防止氧化过程、微生物和真菌污染或霉菌毒素产生。当这些功能性化合物通过膳食摄入时，它们可以改善消费者的代谢防御，这可能类似于不同污染物超载目标组织中的解毒代谢。在这种背景下，天然化合物可以减轻单独或同时暴露于化学污染物的影响，因为它们可以防止毒物吸收和氧化应激，刺激解毒酶，并促进污染物代谢物或未代谢物的排泄。
最被研究的能够预防或减轻多种损害的化合物被归类为生物活性化合物，从植物组织中回收的被称为植物化学物质。它们在原始来源中的作用是作为防御工具，属于酚类、橙皮苷、氨基酸和多糖类别。天然植物、藻类、农工业副产品和废物是生物活性化合物的良好来源。有多种方法可以在食品加工链中回收和应用植物化学化合物。通过合适的溶剂进行均质提取、酶解，以及有无物理辅助处理，或在发酵后回收，通常作为络合剂、抗氧化剂和抗菌剂应用于食品供应链。
天然酚类化合物，如姜黄素、橙皮苷和槲皮素，当从其原始来源或作为补充剂提取物摄入时，可在暴露于重金属、农药和霉菌毒素的细胞中充当有效的抗氧化剂。它们与金属化合物形成络合物，防止吸收，抑制氧化酶活性，并降低代谢载体的可用性，从而避免化学污染物在暴露生物体内的分布。值得注意的是，这些作用也改善了细胞对多种化学污染物的天然防御。
天然多糖（纤维素、甲壳素）和木质纤维素材料已在其来源中或作为纤维补充剂使用，以成功减少消化系统中污染物的吸收。多糖在食品加工中也可用作某些金属形态、农药和霉菌毒素的吸附剂，当应用于饲料和液体食品时特别有效。乳酸菌和酵母菌细胞壁已被证明是霉菌毒素和农药的良好吸附剂。
将植物化学化合物和天然吸附剂纳入日常饮食以改善膳食平衡，是环境友好且经济的缓解化学污染物暴露风险的策略。植物化学物质如黄酮类、酚酸、类胡萝卜素和单宁可以调节氧化应激，结合金属，抑制异生物质激活酶，并减轻与污染物暴露相关的炎症反应。天然吸附剂包括膳食纤维、多糖、粘土和酵母细胞壁成分，也已被证明能够减少重金属、农药和霉菌毒素的胃肠道吸收。然而，根据污染水平、化学形态和危险化合物的生物可及性，这些策略单独可能不足以防止系统分布和毒性作用，这强调了需要综合缓解方法。
除了这些有前景的工具外，在有利于形成抗性淀粉或霉菌毒素与其他大分子（如不可消化蛋白质和木质纤维素材料）相互作用的条件下制备家庭食品，已经降低了它们的生物可及性，从而降低了损害风险。这些策略也可能有效减轻农药和重金属。还有一些关于通过清洗降低食品基质中农药水平的报告，尽管对于某些霉菌毒素和金属形态，由于其溶解性，效果较差。关于分离蔬菜外层和热处理对重金属、农药和霉菌毒素生物可及性的影响，信息还很少。
一些有前景的友好型处理过程的研究结果总结如下：对于霉菌毒素，使用酿酒酵母或米曲霉/黑曲霉进行固态发酵可以降低其水平和毒性；家庭热处理可以降低其生物可及性并与抗性淀粉相互作用。对于重金属，使用源自植物的生物炭、纳米颗粒吸附剂（如钴铁氧体、钛酸盐纳米管）或天然聚合物（如甲壳素、纤维素水凝胶）进行吸附，显示出高去除率。对于农药，使用漆酶-介体系统、白腐真菌或氩等离子体进行生物修复或物理处理，可实现显著降解。
### 2.5. 最终考虑
重金属、农药和霉菌毒素同时污染的风险仍然是一个挑战，特别是由于加工链中的交叉污染点和与气候变化相关的日益增加的环境不稳定性。人们提出了针对空气、土壤、水、农作物、工业和社会活动的环境友好型管理策略，但其对多种污染物或复杂食品基质的适用性仍然有限，这强化了对可扩展、经济高效且环境可持续方法的需求。
从其来源中回收并作为添加剂添加到日常饮食中的植物化学化合物因其能够避免污染物吸收、抑制食品中的酶和氧化损伤或在新陈代谢过程中充当防御异生物质的工具而脱颖而出。此外，它们具有杀虫、抗菌和吸附活性，可有效降低食品和饲料中重金属、农药和霉菌毒素的水平。天然多糖和其他生物基吸附剂也代表了有吸引力的替代品，但它们在实际食品系统中的性能仍需更全面的验证。
尽管在常规和新兴技术方面取得了进展，但保护公众健康最直接有效的行动仍然是预防环境退化和促进富含功能性化合物的均衡饮食。然而，通过跨学科合作、技术验证和适当的监管支持，基于自然资源的环境友好型缓解策略显示出在未来几年成为可持续食品安全管理组成部分的强大潜力。
为有效保护人类健康，加工参数和生物技术的结合需要降低即食食品中化学污染物的水平和生物可及性。尽管有跨学科的努力使常规和创新策略在食品供应链中可持续，但目前，预防偶发或天然食品污染以及采用富含功能性化合物的均衡饮食，仍是公共卫生和环境质量的最佳行动。
